پیوند شبکه سیستم‌های ذخیره انرژی تجاری و صنعتی (C&I ESS)

با تکامل صنعت خودرو، منابع انرژی جدید مانند خورشیدی، بادی و نیروی جزر و مد به طور فزاینده‌ای در ایستگاه‌های شارژ خودروها یکپارچه شده‌اند. تعادل عدم همخوانی عرضه-تقاضا در دوره‌های مختلف و غلبه بر محدودیت‌های مرتبط با مکان برای ایستگاه‌های شارژ انرژی ذخیره‌سازی مقیاس بزرگ، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی (C&I) را به نقطه کانونی در کاربردهای شبکه‌های برق تبدیل کرده است.

این مقاله به کاربردهای متنوع آنها در شبکه‌های برق می‌پردازد و ویژگی‌های فنی، اصول عملیاتی و غیره را پوشش می‌دهد. همچنین چالش‌های فنی و اقتصادی موجود در اجرای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی C&I را بررسی می‌کند و روندهای توسعه آینده را پیش‌بینی می‌کند.

1. زمینه

در میان انتقال جهانی انرژی و فشارهای اکولوژیکی رو به وخامت، سیستم‌های برق با چالش‌های متعددی مواجه هستند: نامطمئن/متلاطم بودن انرژی‌های جدید، رشد مداوم تقاضای برق و افزایش نیازهای کیفیت برق. ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی و تسهیلات ذخیره‌سازی انرژی C&I معمولاً نزدیک به مناطق شهری قرار دارند و با محدودیت‌های سختگیرانه اندازه مکان مواجه هستند. ذخیره‌سازی انرژی C&I راه‌حلی انعطاف‌پذیر و کارآمد برای مشکلات ثبات عرضه برق ارائه می‌دهد و با اجتناب از موانع ساخت ذخیره‌سازی مقیاس بزرگ به دلیل محدودیت‌های فضایی، مسیر جدیدی برای قابلیت اطمینان و دسترسی شبکه فراهم می‌کند.

2 مروری بر سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی
2.1 اصل عملکرد

یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی انرژی الکتریکی را در رسانه‌های خاص، مانند باتری‌ها و سوپرکندانساتورها، از طریق یک سیستم تبدیل توان (PCS) ذخیره می‌کند. هنگام نیاز، انرژی ذخیره شده را آزاد می‌کند و برنامه‌ریزی و تنظیم انرژی الکتریکی را ممکن می‌سازد. معمولاً سیستم ذخیره‌سازی شامل باتری‌ها، یک سیستم مدیریت باتری (BMS)، یک سیستم مدیریت انرژی (EMS)، یک ماژول ترکیب DC، یک PCS و یک سیستم خروجی است. نمودار سیستم ذخیره‌سازی در شکل 1 نشان داده شده است.

2.2 انواع و ویژگی‌ها

(1) حالت کابینت یکپارچه. ظاهری شبیه به کابینت توزیع دارد و فضای کمتری را اشغال می‌کند، بنابراین برای نصب در سناریوهای با فضای محدود مناسب است. با درجه بالایی از مدولاریته، برای حمل، گسترش و نگهداری آسان است.

(2) حالت کابینت جداگانه

به دلیل محدودیت اندازه کابینت، ظرفیت آن نسبتاً کم است (معمولاً 200 کیلووات ساعت) و برای سناریوهای با ظرفیت کم مناسب است. چندین کابینت می‌توانند برای نیازهای ذخیره‌سازی انرژی بزرگتر ترکیب شوند.

حالت کابینت جداگانه شامل یک کابینت باتری و یک کابینت کنترل سیستم (معمولاً ≤2 کابینت باتری، مثلاً 1+1/1+2) است. اگرچه فضای بیشتری را اشغال می‌کند (نسبت به یکپارچه)، اما برای سناریوهایی با محدودیت‌های فضایی کمتر مناسب است.

عملکردهای اصلی مدولاریته شده‌اند: کابینت باتری به ذخیره‌سازی و مدیریت انرژی اختصاص دارد و دارای سیستم‌های خنک‌سازی مستقل (هوایی/مایع)، آتش‌نشانی و ضد انفجار است. کابینت کنترل به هماهنگی سیستم، تجمیع باتری‌ها و تبدیل توان می‌پردازد.

این موضوع قابلیت اطمینان و نگهداری را افزایش می‌دهد - خطاهای در یک ماژول دیگر ماژول‌ها را تحت تأثیر قرار نمی‌دهد و تعداد کابینت‌های باتری به طور انعطاف‌پذیری به نیازهای متنوع تطبیق می‌یابد. هر دو حالت در شکل 2 نشان داده شده‌اند.

3 کاربردهای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی
3.1 کاهش اوج برق

کاربران تجاری و صنعتی تفاوت‌های اوج-دشتی در بار برق دارند. با شارژ در دوره‌های خارج از اوج و دیس‌شارژ در دوره‌های اوج، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به تعادل بار، کاهش هزینه‌های برق و کاهش فشار عرضه شبکه در دوره‌های اوج کمک می‌کنند و در نتیجه کارایی عملیات شبکه را افزایش می‌دهند.

3.2 بهبود کیفیت برق

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی می‌توانند به سرعت به مشکلات کیفیت برق در شبکه پاسخ دهند. با تأمین یا جذب توان واکنشی، پایداری نوسانات ولتاژ و کاهش هارمونیک‌ها، کیفیت برق را بهبود می‌بخشند.

3.3 تأمین برق احتیاطی

وقتی شکست‌ها یا قطعی برق در شبکه رخ می‌دهد، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی به عنوان منبع برق احتیاطی عمل می‌کنند و برق کوتاه‌مدت برای کاربران تجاری و صنعتی ارائه می‌دهند. این امر زیان‌ها را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان تأمین برق را افزایش می‌بخشد.

3.4 یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر

برای کاربران تجاری و صنعتی با انرژی‌های تجدیدپذیر توزیع شده (مانند خورشیدی، بادی، نیروی جزر و مد)، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی انرژی تولید شده اضافی را ذخیره می‌کنند. آنها در دوره‌های کم‌تولید انرژی تجدیدپذیر (مانند عدم وجود نور خورشید یا باد ضعیف) انرژی ذخیره شده را آزاد می‌کنند و از این طریق استفاده از انرژی تجدیدپذیر در شبکه را افزایش می‌دهند و انتقال انرژی را تسریع می‌کنند. یک مثال موفق اینترنتی، ایستگاه شارژ یکپارچه خورشیدی-ذخیره‌سازی است که ویژگی‌های انرژی فتوولتائیک را بهینه می‌کند.

4 چالش‌های کاربردی
4.1 چالش‌های فنی

(1) در مورد عمر مفید، عملکرد و کارایی شارژ-دیس‌شارژ باتری‌ها: در حالی که برخی محصولات فعلی توانسته‌اند بدون کاهش ظرفیت در 5 سال و کارایی تبدیل PCS بیش از 95% را دست‌یابند، پیشرفت‌های فنی همچنان دشوار است. بهینه‌سازی استراتژی‌های مدیریت باتری و بهبود کارایی تبدیل به کلید رقابت محصول تبدیل شده است.

(2) در مورد پایداری باتری و ایمنی سیستم: در مقایسه با ذخیره‌سازی انرژی مقیاس بزرگ، ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی به ناحیه‌های مسکونی نزدیک‌تر است. بنابراین، سیستم‌های مدیریت حرارتی باتری، سیستم‌های ضد انفجار و آتش‌نشانی برای تضمین پایداری باتری و ایمنی سیستم بسیار مهم هستند.

4.2 چالش‌های اقتصادی

(1) هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه بالا و دوره بازگشت سرمایه طولانی.

(2) در حال حاضر، درآمدهای ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی عمدتاً از دلاربازی قیمت اوج-دشت ناشی می‌شود و پایداری و پایداری درآمدها نیاز به بهبود دارد.

5 نتیجه‌گیری

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی دارای چشم‌انداز گسترده و ارزش کاربردی قابل توجهی در شبکه‌های برق هستند و نقش‌های متنوعی را ایفا می‌کنند. آنها نه تنها به افزایش پایداری و قابلیت اطمینان شبکه کمک می‌کنند بلکه سودهای اقتصادی را نیز برای کاربران ایجاد می‌کنند و از این طریق به استفاده موثر از انرژی و توسعه پایدار کمک می‌کنند. با این حال، چالش‌های فنی و اقتصادی زیادی هنوز وجود دارد. نیاز به تلاش‌های بیشتر برای تقویت نوآوری‌های فنی، بهبود مکانیزم‌های بازار و سیاست‌ها و تشویق کاربرد گسترده و توسعه سالم سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی وجود دارد.